Guidence on how to perform a Cost-Benefit Analysis of alternative flooding protection measures

Transkript

1 Guidence on how to perform a Cost-Benefit Analysis of alternative flooding protection measures Vägledning i kostnads-nyttoanalys av översvämningsåtgärder Investing in the future by working together for a sustainable and competitive region

2 Diarienummer: TFN dpl 7 Uppdragsnummer Göteborg Sweco Environment AB för Karlstad Kommun Lars Rosén, Johan Nimmermark, Andreas Lindhe, Mats Andréasson, Andreas Karlsson, Jonas Persson ii

3 EXECUTIVE SUMMARY Introduction A number of flooding events have occurred recently in Swedish municipalities, e.g. Arvika, Göteborg, Mölndal, Staffanstorp, Uddevalla, and Karlstad, with far-reaching consequences. Severe flooding events are also frequently reported from European countries, e.g. Holland, the UK, the Czech Republic, and Germany. The frequency of flooding events due to high flows in streams and high sea levels is expected to increase in the future because of climate change (e.g. IPCC, 2007; Rummukainen, 2010). The European flooding directive (2007/60/EG) and the Swedish ordinance on flooding risks (2009:956) show how the legislation is adapted to increase and intensify the efforts on flooding protection. It is in the interest of society to develop efficient strategies and measures to prevent floodings and/or to reduce their consequences. In total, the need for flooding protection measures is substantial. However, flooding protection measures are often expensive and the available resources are limited. Prioritization of measures therefore needs to be performed. An important basis for prioritization of resources is societal economic assessments of potential measures. The purpose is to investigate if a specific measure is societally beneficial, and preferably also to analyze what measures that are more beneficial than others. Societal economic assessments can be performed by using Cost-Benefit Analysis (CBA). Work on prioritization and decision support concerning flooding protection measures has recently been performed in various international projects, e.g. FloodSite (e.g. Messer et al, 2007; Olfert, 2007), CRUE ERA-NET ( och RIMAX ( An important, and rather substantial, challenge in CBA of flooding protection measures is how to monetize the societal costs and benefits of the potential measures with a reasonable accuracy. The report This report is a guidance document on how to perform a CBA of alternative flooding protection measures. In Ch 2 of the report a generic framework, as outlined in Figure S1, for CBA of flooding protection is presented. In Ch 3 a general overview of the basic concepts of CBA are presented. Ch 4 describes the step-wise procedure of the CBA model developed by Sweco. In Ch 5, some of the important databases and background information needed for CBA are presented. Ch 6 gives a general description of various tools, e.g. hydrodynamic modelling and geographical information system (GIS) analysis, needed to provide a basis for the CBA. An Excel tool has been developed to assist in performing the CBA calculations. The various parts of the tool are presented in Appendix 1. Two case study applications, in Skåre and at Centralsjukhuset (the hospital), are presented in Appendices 2 and 3 to illustrate practical applications of the CBA model. Finally, some comments and recommendations are presented in Ch 8. iii

4 Field observations Background information Databases geodata and damage costs Terrain model laserscanning Guidance Tools Hydrodynamic modelling o Streams o Lakes o Sea Excel tool for CBA Background Method Examples Step-wise procedure Cost-benefit Analysis (CBA) Overview What is CBA? What are the benefits of flooding protection? What are the costs of flooding protection? Application Flooding scenarios Economic appraisal of consequences Calculation of risk costs prior to measures Identification and design of flooding protection alternatives. Cost estimation of protection alternatives: o Investments o Maintenance o Reinvestments Modelling of flooding scenarios and calculation of economic benefits (risk reduction) for each alternative. Calculation of societal profitability (CBA). Decision and construction of selected alternative Figure S1. The generic framework for CBA of flooding protection measures iv

5 Methodology The concept of CBA A basic structure for CBA of flooding protection measures is described below, based on practical applications by Sweco, see e.g. Sweco (2009a,b; 2011) and Andréasson et al. (2008). The guidance document presented here for CBA of flooding protection was prepared in cooperation between Sweco Environment AB and Karlstad municipality within the SAWA project. Cost-Benefit Analysis is a societal concept. For overviews of the concept of CBA, see e.g. Hanley & Barbier (2009), Mattsson (2006) and Rosén et al. (2008). The basis of a CBA is the identification of positive and negative changes on public welfare of a project, such as a flooding protection measure. The purpose of the CBA is then to compare these changes in order to evaluate if the positive changes are larger than the negative, or the other way around (Figure S2). If the sum of all positive changes (benefits) for all companies and individuals are larger than the sum of all negative changes (costs) for all companies and individuals, then the project can be regarded as societally beneficial. As shown in Figure S2 all costs and benefits cannot be expected to be possible to express in quantitative monetary terms, and a CBA thus commonly also includes more qualitative assessments of positive and negative changes in public welfare. Changes in public welfare Positive changes (Benefits) Negative changes (Costs) Not possible to express in monetary terms Possible to express in monetary terms Possible to express in monetary terms Not possible to express in monetary terms Comparison of changes in public welfare Figure S2. The concept of CBA; comparison of positive and negative changes in public welfare of a project (after Rosén et al., 2008). Calculations A CBA can be represented mathematically by an objective function that estimates the differences between costs and benefits for a specific measure alternative i: 1 T i Bit C t it t= 0 (1 + r) Φ = ( ) (Eq S1) where Φ i = the net present value of benefits minus the costs, B i = benefits of performing the alternative i, C i = costs of performing the alternative i, r = the discount rate, and T = the time horizon including years t. The valuation and discounting of costs and benefits related to climate change effects are discussed by e.g. Söderqvist (2006) and Stern (2006). All v

6 alternative measures are evaluated in comparison with a reference alternative (nullalternative), which usually is defined as not performing any measures. Flooding events occur irregularly over time and it is not possible to predict with absolute certainty if, or when, a flooding event of a particular magnitude will happen. It is therefore proper to assess the risk of flooding events, taking into account the probability of events and their negative consequences. The negative consequences of flooding events are monetized as far as realistically possible and in this case (flooding events) referred to as damage costs. The risk is expressed as a societal risk cost and thus represents the expected total costs to society of a possible future flooding event. The magnitude of the damage costs (consequences) are assessed by hydrological and hydraulic modelling (e.g. streams and storm water), sea level predictions, and Geographical Information Systems (GIS) analysis for estimating the extent of the flooding and the various objects and services being subject to damage and restrictions. The damage costs are estimated for each flooding scenario, e.g , and 100-years return times. Economic valuation of damage costs comprises acute damage costs, restoration costs and costs for long-term damage effects, including costs due to restrictions in services. The principal structure for estimations of damage costs is shown in Table S1. The model should be seen as a generic structure that is continuously developing during project applications and adapted to specific project conditions. By considering flooding events with different return times, e.g. 10, 50 and 100 years so called flooding scenarios and and the estimated damage costs, an approximate calculation of the total yearly risk cost, R tot, can be made for three flooding scenarios as follows: R P C + P ( C C ) + P ( C C ) tot f 1 f 1 f 2 f 2 f 1 f 3 f 3 f 2 (Eq S2) where P f is the annual probability of flooding scenario j (j=1,2,3) (based on return times) and C f is the damage cost for för flooding scenario j (j=1,2,3). The calculation of the risk cost is conceptually illustrated in Figure S3. vi

7 Table S1. The generic structure for damage cost estimations. DIRECT RESTORATION LONG-TERM EFFECTS ACUTE MEASURES RESIDENTIAL BUILDINGS Restrictions in landuse COMMERCIAL Interruption in production of goods and services Decreased sales of goods and services Loss of income (private persons) TRAFFIC DELAYS Road traffic -persons Rail traffic -persons Road traffic -goods Rail traffic -gods INTERRUPTION IN SUPPLY SYSTEMS Sanitary purification plants Water production plants Compensation for interruption in drinking water supply Compensation for interruption in electrical power supply Villas and Townhouses Apartment buildings COMMERCIAL BUILDINGS Offices Stores Industrial PUBLIC BUILDINGS Critical - e.g. fire station, police station, hospital Important - e.g. schools, library, nursing homes OTHER BUILDINGS Complementary e.g garage, storage Cultural buildings Event buildings INFRASTRUCTURE Mortality and physical damage on humans Psychological stress on humans OTHER ENVIRONMENTAL DAMAGES Road (m 2 ) Discharge of pollutants from contaminated areas Forest damages Damage on agricultural land Damage on raw water supplies for drinking water OTHER Railroad (m) Water pipings (m) Central heating pipings (m) Electrical transformers Electricity lines (m) OTHER Flooding scenarios P f R tot C f Figure S3. Conceptual description of the risk cost. Potential flooding protection alternatives are identified and a design needs to be made for each alternative in order to provide a basis for the cost analysis. The effects of the flooding protection alternatives need to be assessed based on new modelling for each specific alternative. As for the reference alternative, hydrological modelling, sea level predictions, and vii

8 GIS-analysis need to be performed in order to estimate the reduced damage costs associated with each alternative. The annual benefits of a potential flooding protection measure i are equivalent to the reduction of the annual societal risk costs, compared to the reference alternative (i=0): B i = Rtot, 0 Rtot, i (Eq S3) For each measure alternative a cost assessment needs to be performed based on the design of the alternative. The cost assessment includes investments, maintenance and monitoring costs of the measures. The may also be additional costs (and benefits) associated with e.g. changes in land-use due to the protection measures. After completion of the benefit and costs assessments, the net present value of each alternative measure is calculated according to Equation 1. Uncertainty analysis is an important part of the CBA-calculations. For several types of costs and benefits, the available information will be limited, depending on the level of detail of the study. To facilitate a transparent analysis the uncertainties of the input variables should be described and acknowledged in the CBA calculations. The uncertainties of the input variables can be represented by statistical distributions and the uncertainty of the net present value can be calculated by means of statistical simulations, e.g. Monte Carlo simulation. The uncertainty analysis provides an open display of the uncertainty in the final result and also facilitates the identification of the contributions from the various input variables to the total uncertainty of the net present value calculations. This information provides a basis for what information that should be gathered to most efficiently reduce the uncertainty of the CBA calculations. The principal concept of uncertainty analysis using Monte Carlo simulation is shown in Figure S4. Variable 1 Variable 2 Simulation Monte Carlo Figure S4. The concept of uncertainty analysis using Monte Carlo simulation. viii

9 Stepwise procedure for CBA Application of the CBA model developed by Sweco includes the following major eight steps: 1. Modelling of flooding scenarios (streams, sea level, storm water etc.) for at least three different return times, e.g. a. 10 years b. 50 years c. 100 years 2. Economic appraisal of consequences (damage costs) for each flooding scenario: a. Acute b. Restoration c. Long term effects 3. Calculation of risk cost. 4. Identification and design of flooding protection alternatives. 5. Cost estimation of protection alternatives: a. Investments b. Maintenance c. Monitoring d. Other 6. Modelling of flooding scenarios with respect to identified protection alternatives and calculation of economic benefits (risk reduction) for each alternative. 7. Calculation of net present value and societal profitability (CBA). 8. Ranking and identification of the most beneficial alternative. Comments and recommendations The CBA should be seen as a tool for providing support for decisions regarding flooding protection measures. The results should be an important, but not the entire, decision basis. The CBA includes several steps and requires a substantial amount of information. Some information is typically available, whereas other information needs to be collected to enable a CBA. In order to perform a relevant CBA of flooding protection measures, the following recommendations are given: The modelling of the flooding scenarios requires proper data, hydraulic and hydrological models in order to provide relevant results on the levels and extent of flooding events. The models and hydrological and climate data are typically available at consultants and the Swedish Meteorological and Hydrological Institute (SMHI), whereas inputs such as terrain data and storm water systems design are typically available locally at the communities. The use of laser scanning of the land surface is important to provide a terrain model with good accuracy for the modelling of flooding events. Currently Lantmäteriet are performing a complete laser scanning of Sweden. In December 2011 more than half of Sweden was scanned. The estimation of damage costs, leading to the estimation of benefits, and the costs for performing the flooding prevention alternatives can be rather challenging. There are ix

10 apparent possibilities for double accounting of benefits and discounting and selection of time horizon should be carefully performed. There are guidance documents, e.g. Söderqvist et al (2006) and the Swedish Environmental Protection Agency (2005) that should be referred to concerning the economic valuations. The CBA should preferably be performed in cooperation between the local community and personnel trained in CBA, flooding scenario modelling, and flooding protection design. Integrating the relevant knowledge on hydrology, hydraulics, climate, flooding protection design and CBA will produce the most relevant outcomes. It is estimated that a CBA of a typical flooding protection project will require 2-6 weeks of work. Considering the high costs associated with flooding protection in in the range of tens to more than 100 million Swedish kronor the decision basis for such investments should be developed with relevant data and knowledge. It is therefore recommended that the CBA is primarily based on relevant site specific data and not only on generic data. Given the inherent uncertainties of the input information, it is recommended that a CBA always includes an uncertainty analysis. This will provide a more transparent analysis and also information on what information to collect to efficiently reduce the uncertainties of the CBA. x

11 INNEHÅLLSFÖRTECKNING EXECUTIVE SUMMARY...III 1 INLEDNING BAKGRUND GENOMFÖRANDE RAMVERK FÖR VÄGLEDNINGEN ÖVERSIKT KOSTNADS-NYTTOANALYS (KNA) VAD ÄR KOSTNADS-NYTTOANALYS? Kostnader, nyttor och lönsamhet Matematisk beskrivning av KNA Tidshorisont och diskontering KOSTNADER OCH NYTTOR AV ÖVERSVÄMNINGSÅTGÄRDER Vilka är nyttorna? Vilka är kostnaderna? GENOMFÖRANDE AV KOSTNADS-NYTTOANALYS (KNA) INLEDNING STEG 1: MODELLERING AV ÖVERSVÄMNINGSSCENARIER STEG 2: EKONOMISK VÄRDERING AV ÖVERSVÄMNINGARNAS KONSEKVENSER STEG 3: BERÄKNING AV RISKKOSTNADEN INNAN ÅTGÄRD STEG 4: IDENTIFIERING AV ÅTGÄRDSALTERNATIV STEG 5: KOSTNADSUPPSKATTNING AV ÅTGÄRDER STEG 6: BERÄKNING AV RISKKOSTNAD FÖR RESPEKTIVE ÅTGÄRD STEG 7: KOSTNADS-NYTTOBERÄKNING STEG 8: RANGORDNING AV ÅTGÄRDSALTERNATIV OSÄKERHETS- OCH KÄNSLIGHETSANALYS UNDERLAGSMATERIAL FÄLTOBSERVATIONER DATABASER TERRÄNGMODELL LASERSKANNING VERKTYG SOM UNDERLAG FÖR KNA HYDRODYNAMISK MODELLERING Val av modellverktyg Fysisk beskrivning Hydrauliska parametrar Randvillkor Kalibrering Validering Resultat BERÄKNINGSVERKTYG FÖR KOSTNADS-NYTTOANALYS FALLSTUDIER KOMMENTARER OCH REKOMMENDATIONER REFERENSER...38 xi

12 BILAGOR: Bilaga 1: Beräkningsfil i Excel för KNA Bilaga 2: Beräkning av schablonkostnader Bilaga 3: Fallstudie Skåre Bilaga 4: Fallstudie Centralsjukhuset xii

13 1 Inledning 1.1 Bakgrund Karlstads kommun deltar i EU-projektet SAWA (Strategic Alliance for integrated Water management Actions) som utgör en fortsättning och fördjupning av tidigare arbete inom EUprojektet FLOWS. Syftet med arbetet är att kunskapen kring översvämningsfrågorna ska fördjupas och göras mer praktiskt användbara. Det ligger i samhällets intresse att utforma effektiva strategier och åtgärder för att förhindra och mildra konsekvenserna av översvämningar. Resurserna är dock begränsade och prioriteringar av åtgärder måste därför göras. Ett viktigt underlag för denna typ av prioriteringar är samhällsekonomiska bedömningar av potentiella åtgärder. Syftet är då att undersöka om en viss insats är samhällsekonomiskt lönsam och helst även analysera vilka insatser som är mer lönsamma än andra. Samhällsekonomiska bedömningar görs genom att använda så kallad kostnads-nyttoanalys (KNA). I Karlstads kommun finns ett flera olika områden vilka kan drabbas av allvarliga konsekvenser i samband med översvämningar. Kommunen har därför sett det som värdefullt att på egen hand kunna arbeta med att identifiera möjliga åtgärder mot översvämningar och jämföra dessa åtgärder ur en samhällsekonomisk synvinkel. Karstads kommun har därför beslutat att utarbeta denna vägledning för hur kostnadsnyttoanalyser av översvämningsåtgärder ska genomföras inom kommunen, i syfte att bedriva en effektiv prioritering av åtgärder mot översvämningar. Vägledningen beskriver: Metodik för att värdera risker för översvämningar i ekonomiska termer. Hur möjliga åtgärder för att förhindra eller mildra effekterna av översvämningar kan värderas ekonomiskt. Metodik för att värdera åtgärdernas rimlighet med hjälp av kostnads-nyttoanalys, där åtgärdernas kostnader vägs mot den minskade risk (nytta) som åtgärderna ger upphov till. I vägledningen beskrivs en stegvis metodik för att kunna genomföra kostnads-nyttoanalysen. Med hjälp av vägledningen ska kommunen kunna genomföra åtminstone betydande delar av en KNA av översvämningsåtgärder. För vissa delar kan emellertid specialistkunskaper krävas. I vägledningen presenteras också goda exempel på tillämpningar av metodiken genom fallstudier. 1.2 Genomförande Arbetet har utförts i samverkan mellan Karlstad kommun och Sweco Environment AB i Göteborg. Vid Karlstads kommun har inledningsvis Jan-Olov Moberg och sedan början av 2011 Anna Sjödin varit projektledare. Vid Sweco Environment AB har Lars Rosén varit uppdragsledare. I arbetet har Johan Nimmermark, Mats Andreasson, Andreas Karlsson, Jonas Persson och Andreas Lindhe medverkat. 1

14 2 Ramverk för vägledningen Vägledningen är avsedd att utgöra en av flera delar i arbetet med att hantera översvämningsfrågor. I Figur 1 beskrivs ett principiellt ramverk för vägledningen med dess huvudsakliga delar. Vägledningen ger stöd i ramverkets olika delar enligt följande: 1. Kostnads-nyttoanalysens grunder (kapitel 3). I detta kapitel beskrivs det grundläggande kriteriet för kostnads-nyttoanalys. Också principerna för ekonomisk värdering samt beräkning av nettonuvärde med hänsyn till tidshorisont och diskontering beskrivs kortfattat. I kapitlet redovisas även exempel på kostnader och nyttor av översvämningsåtgärder. 2. Genomförande av kostnads-nyttoanalys (kapitel 4). Genomförande av kostnadsnyttoanalys (KNA) beskrivs stegvis så att användaren ska kunna utföra en analys på egen hand. Inledningsvis presenteras ett flödesschema för just KNA och därefter beskrivs varje steg i detalj. Enkla exemplifieringar av beräkningar görs i exempelrutor för att tydligt illustrera genomförandet. Vissa delar som har med KNA som metod att göra beskrivs konkret och ingående, medan andra delar, såsom åtgärdsanalys, beskrivs på ett mera generellt plan. Råd ges här kring viktiga aspekter att inkludera i åtgärdsanalysen. 3. Underlagsmaterial (kapitel 5). Här beskrivs de olika typerna av underlagsinformation som måste finnas och vilka krav som bör ställas på denna information: fältobservationer, höjddata från laserscanning, geodatabas, mm. Här beskrivs också det underlag som behövs för kostnadsvärderingar. En databas med schabloner för skadekostnadsvärderingar är inlagd i det framtagna beräkningsverktyget i Excel-format, vilket presenteras i Bilaga 1. En beskrivning av hur skadekostnadsschablonerna beräknats ges i Bilaga Verktyg (kapitel 6). De olika modell- och beräkningsverktyg som behövs som underlag för kostnads-nyttoanalysen beskrivs kortfattat här. Verktyg är i första hand hydrodynamisk modellering, GIS-analys av resultaten från den hydrodynamiska modelleringen samt det utvecklade Excel-verktyget för kostnads-nyttoberäkningar. Här beskrivs hur GIS-tekniken kan användas för att framställa utbredningskartor för olika översvämningsscenarier, men också för att identifiera olika kategorier av skadeobjekt, såsom bostadshus, kontorsbyggnader, industrier, vägar, järnvägar, VAsystem, mm. Här beskrivs också översiktligt Excel-verktyget för beräkningar i kostnads-nyttoanalysen. Excel-verktyget visas också i Bilaga Fallstudier (kapitel 7 samt Bilaga 3 och 4). För att vägledningar om metoder ska fungera väl är det viktigt att ge tydliga exempel på tillämpningar. Området vid Skåre och Centralsjukhuset i Karlstad används som fallstudier för att visa goda exempel på tillämpning. Beskrivningen görs genom att steg för steg gå igenom kostnadsnyttoanalysen för dessa områden. 2

15 Att genomföra en kostnads-nyttoanalys av översvämningsåtgärder är relativt omfattande. Syftet med denna vägledning är att ge en förhållandevis kortfattad beskrivning av arbetsgången i den utvecklade metodiken. Beskrivningen av arbetsgången har hållits relativt kort och är tänkt att fungerar också som en checklista, så att användaren kan kontrollera att alla delar i analysen kommit med samt att alla viktiga aspekter i de olika delarna beaktats. Vägledningen ger struktur åt genomförandet av en KNA av olika åtgärdsalternativ mot översvämningar. Den kräver att användaren är insatt i problemområdet och att kunskap finns tillgänglig för att kunna tillhandahålla det underlag som behövs och utföra de analyser av underlaget, exempelvis hydrodynamiska modelleringar och GIS-analyser, som är nödvändiga för att indata till kostnads-nyttoanalysen ska vara relevanta. Det framtagna Excel-verktyget är en hjälp för att kunna utföra själva kostnadsnyttoberäkningen och för att genomföra en osäkerhetsanalys av beräkningarna. För att kunna genomföra osäkerhetsanalysen måste användaren använda tilläggsprogrammet Crystal Ball som är en tilläggsmodul till Excel för osäkerhetsanalys och statistisk simulering i form av s.k. Monte Carlo simulering. Programmet tillhandahålls av Oracle. 3

16 Fältobservationer Underlagsmaterial Databaser geodata och skadekostnader Terrängmodell laserskanning Vägledning Verktygslåda Hydrodynamisk modellering o Vattendrag o Sjöar o Hav Beräkningsverktyg (Excel) för KNA Underlag Metodik Exempel Arbetsgång Kostnads-nyttoanalys (KNA) Översikt Vad är kostnads-nyttoanalys? Vilka är nyttorna av översvämningsåtgärder? Vilka är kostnaderna för översvämningsåtgärder? Genomförande Översvämningsscenarier Värdering av skadekostnader innan åtgärd Beräkning av riskkostnader innan åtgärd Identifiering av åtgärdsalternativ Kostnadsuppskattning av åtgärder o Utförande o Drift- och underhåll o Återinvestering Beräkning av riskkostnader efter åtgärd Kostnads-nyttoberäkning o o Val av tidshorisont och diskontering Beräkning av samhällsekonomisk lönsamhet för alternativ Osäkerhetsanalys Val och utförande av åtgärdsalternativ Figur 1. Ramverk för vägledning i kostnads-nyttoanalys av översvämningsåtgärder. 4

17 3 Översikt kostnads-nyttoanalys (KNA) 3.1 Vad är kostnads-nyttoanalys? Kostnads-nyttoanalys (KNA) är en analys som innefattas i det bredare begreppet konsekvensanalys (jfr Naturvårdsverket 2003). Liksom konsekvensanalyser är kostnadsnyttoanalyser ett stöd för beslutsfattande. KNA bygger på en identifiering av de positiva och negativa konsekvenserna av ett projekt i samhället och syftar till att jämföra dessa konsekvenser med varandra för att se om de positiva konsekvenserna är större än de negativa eller tvärtom, se Rosén m fl (2008). I KNA uttrycks de olika konsekvenserna i monetära enheter (t.ex. kr eller Euro) i så stor utsträckning som möjligt Kostnader, nyttor och lönsamhet Frågeställning: Vilka är de centrala begreppen i en kostnads-nyttoanalys och vad innebär de? KNA görs på samhällsnivå och omfattar alla individer och företag. Nyttor är positiva ekonomiska konsekvenser av en åtgärd. Kostnader är negativa ekonomiska konsekvenser av en åtgärd. Lönsamhet är om nyttorna överstiger kostnaderna. När man pratar om en samhällsekonomisk värdering menas närmare bestämt handlingsalternativens konsekvenser för både individers och företags välbefinnande (ibland även benämnt "välfärd"). Ökningar av välbefinnandet till följd av handlingsalternativet kallas för alternativets nyttor och minskningar av välbefinnandet till följd av handlingsalternativet kallas för alternativets kostnader, jfr Figur 2. Samhällsekonomiska konsekvenser Positiva samhällsekonomiska konsekvenser (nyttor) Negativa samhällsekonomiska konsekvenser (kostnader) Ej praktiskt möjliga att uttrycka i Praktiskt möjliga att uttrycka i monetära Praktiskt möjliga att uttrycka i monetära Ej praktiskt möjliga att uttrycka i monetära enheter enheter enheter monetära enheter Jämförelse av positiva och negativa samhällsekonomiska konsekvenser Figur 2. Samhällsekonomiska konsekvenser. För att så långt som möjligt uttrycka nyttor och kostnader i monetära enheter har monetära mått på förändringar i välbefinnande utvecklats i ekonomisk teori. Dessa mått är förändringen i konsumentöverskott (för individer) och förändringen i producentöverskott (för företag). De bygger på antaganden om att individer strävar efter att maximera sitt välbefinnande och att företag vill maximera sin vinst. De här monetära måtten kan skattas med hjälp av marknadsdata för varor och tjänster som är föremål för handel på marknader. 5

18 Det finns dock många varor och tjänster som utan att vara marknadsprissatta är av betydelse för individers välbefinnande och företags vinster. Så är t.ex. fallet för hälsoriskminskningar samt många varor och tjänster som naturen och miljön tillhandahåller, exempelvis så kallade ekosystemtjänster inklusive miljökvalitet. Ett exempel på en ekosystemtjänst är tillgång till rent vatten. För sådana icke-marknadsvaror finns särskilda värderingsmetoder tillgängliga. Att använda sådana metoder ger därmed en möjlighet att ta reda på de samhällsekonomiska effekterna av hälso- och miljömässiga konsekvenser. En samhällsekonomisk konsekvensanalys ska undersöka kostnaderna och nyttorna för de individer och företag som bedöms beröras av ett projekt. Det kriterium som vanligen används i en kostnads-nyttoanalys för vad som är bra eller dåligt att göra är samhällsekonomisk lönsamhet. Samhällsekonomisk lönsamhet kännetecknas av att summan av samtliga nyttor för alla berörda individer och företag överstiger summan av samtliga kostnader för alla individer och företag. Med andra ord ska vågskålen med de totala nyttorna väga tyngre än vågskålen med de totala kostnaderna, se Figur 3. Nyttor Kostnader Figur 3. Avvägning mellan kostnader och nyttor. En kostnads-nyttoanalys är en speciell typ av analys som måste kompletteras med andra slags analyser för att beslutsunderlaget ska bli heltäckande. En nödvändig komplettering är en analys av fördelningseffekter, vilken visar hur nyttor och kostnader fördelar sig på olika grupper/branscher/sektorer i samhället. Andra typer av analyser kan också vara nödvändiga, eftersom det endast är i undantagsfall som det går att uttrycka alla identifierade nyttor och kostnader i monetära enheter. Om kriteriet för samhällsekonomisk lönsamhet är uppfyllt eller inte kan ofta endast delvis utvärderas genom en jämförelse av monetära mått. I jämförelsen måste även vägas in de samhällsekonomiska konsekvenser som inte har mätts i monetära termer, se Figur 2. 6

19 3.1.2 Matematisk beskrivning av KNA Frågeställning: Hur beräknar man lönsamhet? Lönsamheten beräknas genom att nyttorna minus kostnaderna summeras över den livslängd som projektet har. Matematiskt kan en kostnads-nyttoanalys uttryckas som en målfunktion som mäter skillnaden mellan nyttor och kostnader. För ett visst åtgärdsalternativ i kan målfunktionen formuleras som: T 1 Φ i = t= 1 (1+ r) där: t ( B it C it ) (ekvation 1) Φ i = nettonuvärdet, vilket utgör nuvärdet av nettonyttan (dvs. nyttor minus kostnader) av att genomföra åtgärdsalternativet B i = nyttor (benefits) av att genomföra åtgärdsalternativet C i = kostnader (costs) för att genomföra åtgärdsalternativet r = diskonteringsränta T = tidshorisont angivet i antal år t Om värdet på målfunktionen, dvs. nettonuvärdet, är positivt är alternativet samhällsekonomiskt lönsamt, och ju högre positivt värde desto bättre är alternativet. Alternativen utvärderas i förhållande till ett nollalternativ, som vanligen definieras som att inte vidta någon åtgärd och de konsekvenser som detta leder till. 7

20 Exempel: Beräkna lönsamheten Två alternativa åtgärder ska jämföras för att se om de är lönsamma och om någon är mer lönsam än den andra. En analys av åtgärderna har visat att de är förknippade med nedanstående nyttor och kostnader. Alternativ 1: Alternativ 2: Investering = tkr Investering = 800 tkr Nyttor, B 1t = 110 tkr/år B 2t = 200 tkr/år Kostnader, C 1t = 25 tkr/år C 2t = 150 tkr/år Alternativen analyseras över en tidshorisont (T) på 50 år och en diskonteringsränta (r) på 3 % används. Vi antar att kostnaderna och nyttorna utfaller i slutet av varje år och att vi första året inte har några nyttor eller extra kostnader utan enbart investeringskostnaden. Vi kan då beräkna lönsamheten för alternativen på nedanstående sätt. Φ Φ = (110 25) 1 = t (1+ 0,03) t= 2 (1+ 0,03) = 800+ ( ) 1 = t (1+ 0,03) t= 2 (1+ 0,03) 105tkr 438 tkr Båda alternativen är lönsamma ur samhällsekonomisk synpunkt, men alternativ 2 är mest lönsam Tidshorisont och diskontering Frågeställning: Varför diskonterar man? För att ta hänsyn till att kostnader och nyttor uppstår vid olika tidpunkter under projektets livslängd. Diskontering är ett begrepp som används vid alla samhällsekonomiska beräkningar. Det innebär en omräkning med hjälp av en räntesats för att ta hänsyn till att nyttor och kostnader inträffar vid skilda tidpunkter och därför inte kan jämföras direkt med varandra. Som framgick av målfunktionen ovan används en diskonteringsränta för att räkna om alla nyttor och kostnader i kostnads-nyttoanalysen till ett nuvärde. Diskontering är en omdebatterad metod, eftersom kostnaderna med åtgärder som syftar till att förbättra miljön ofta inträffar före nyttorna som åtgärderna leder till. I en nuvärdesberäkning tenderar detta att leda till att nyttorna väger lättare än kostnaderna. Allmänt gäller att ju högre diskonteringsränta och ju längre fram i tiden en konsekvens inträffar desto lägre blir dess nuvärde (se ekvation 1). Om diskonteringsräntan däremot är noll värderas framtida kostnader och nyttor lika högt som dagens kostnader och nyttor. 8

21 Diskonteringsräntan kan antingen vara en real eller nominell ränta. En real ränta är lika med en nominell ränta som har justerats för att inte räkna med inflationseffekter. En real ränta ska användas om fasta priser används i analysen och en nominell ränta ska användas om rörliga priser används. Eftersom fasta priser vanligen används i KNA är det således vanligast att en real ränta används för diskontering. Naturvårdsverket rekommenderar för närvarande en real diskonteringsränta på 4 procent (Naturvårdsverket 2003). Det är dock inte självklart vilken räntesats som bör användas, i synnerhet inte om det är fråga om konsekvenser som inträffar långt fram i tiden och som påverkar framtida generationer. Den vetenskapliga diskussionen har bland annat resulterat i förslag att använda en fallande diskonteringsränta över tiden. Fallande diskonteringsräntor för offentliga projekt har exempelvis rekommenderats av Storbritanniens finansdepartement, se vidare Söderqvist (2006). I flera arbeten förordas lägre räntesatser än den som presenteras av Naturvårdsverket. Exempelvis rekommenderar Stern-rapporten en diskonteringsränta på 1,4 % för projekt rörande klimateffekter (Stern 2006). Problematiken kring vilken nivå på diskonteringsräntan som är rimlig gör att det alltid är motiverat att göra en känslighetsanalys. I känslighetsanalysen studeras om slutsatserna från kostnads-nyttoanalysen förändras när räntenivån varieras. Exempel: Diskonteringsränta Valet av diskonteringsränta påverkar lönsamheten av ett alternativ. I förra exempelrutan användes en diskonteringsränta på 3 %, nedan visas hur lönsamheten påverkas om en högre eller lägre ränta används. 1 % 3 % 5 % Alternativ tkr 105 tkr -529 tkr Alternativ tkr 438 tkr 65 tkr En högre diskonteringsränta skriver i större utsträckning ner framtida nyttor och kostnader jämfört med en lägre ränta. I detta exempel ser vi att lönsamheten minskar för alternativen med ökad ränta och vid 5 % är alternativ 1 inte lönsam. 9

22 3.2 Kostnader och nyttor av översvämningsåtgärder Vilka är nyttorna? Frågeställning: Vilka är nyttorna av en översvämningsåtgärd? Nyttorna är det samlade ekonomiska värdet av de minskade riskerna för översvämning. Översvämningar inträffar oregelbundet och det går inte att med säkerhet förutsäga om, och i så fall när, en översvämning med viss omfattning ska inträffa. Det är därför lämpligt att istället försöka bedöma riskerna för skador till följd av översvämning. En riskuppskattning innebär i detta sammanhang en sammanvägning av sannolikheten för översvämning och dess negativa konsekvenser (skador). Eftersom avsikten är att uttrycka risken i monetära termer måste skadorna värderas ekonomiskt och det går då att tala om en riskkostnad. Riskkostnaden kan också benämnas den förväntade skadekostnaden. Sammanvägningen av sannolikhet för översvämning och skadekostnad beskrivs principiellt i Figur 4. Sannolikhet Ökande risk Konsekvens Figur 4. Principen för sammanvägning av sannolikhet och konsekvens. Risken kan minskas genom förebyggande åtgärder (minskande sannolikhet) och/eller skade-begränsande åtgärder (minskande konsekvenser). Syftet med att genomföra förebyggande och/eller skadebegränsande åtgärder är att minska, eller helst eliminera, riskerna för att negativa konsekvenser ska uppstå. Det ekonomiska värdet av de minskade riskerna som åstadkommes till följd av en åtgärd betraktas som åtgärdens nyttor. Flera typer av nyttor finns där de viktigaste är de minskade riskerna för: Människa och hälsa Byggnader och anläggningar Miljö Risken beror av sannolikheten för att händelsen, d.v.s. översvämningen, skall inträffa och dess negativa ekonomiska konsekvenser. Riskerna kan minskas genom förebyggande åtgärder, som syftar till att förhindra att händelsen uppstår, eller genom skadebegränsande åtgärder, som syftar till att mildra konsekvenserna av händelsen. 10

23 Exempel på förebyggande åtgärder är förbättrad reglering av vattendrag så att dess kapacitet att klara ökade flöden till följd av stora nederbördsmängder ökar. Exempel på skadebegränsande åtgärder är vallar för att skydda byggnader och infrastruktur i samband med förhöjda nivåer i vattendrag. Beräkning av riskkostnader innan och efter genomförd åtgärd beskrivs nedan i avsnitt Vilka är kostnaderna? Frågeställning: Vilka är kostnaderna för en översvämningsåtgärd? Kostnaden är det totala priset under hela tidsperioden för utförande, drift, underhåll och återinvestering av åtgärden för att minska risken för översvämning. Kostnaderna för en specifik åtgärd omfattar alla kostnader som kan förknippas med åtgärden. Åtgärdskostnaderna kan delas in i följande huvudtyper: Investeringskostnader för åtgärdens utförande Driftskostnader Underhållskostnader Kostnader för återinvestering, för att ersätta delar av eller hela anläggningen efter en viss livslängd Övriga kostnader, exempelvis kostnader för restriktioner i markanvändning till följd av åtgärden I åtgärdsanalysen identifieras samtliga kostnader som kan uppstå under den valda tidshorisonten. Dessutom analyseras när de olika kostnaderna kan uppstå. Utförandekostnaderna är i regel direkta kostnader i samband med att åtgärden utförs, medan drift- och underhållskostnader kommer att belasta projektet under åtgärdens livslängd. Identifiering av åtgärder beskrivs kortfatta i avsnitt

24 4 Genomförande av kostnads-nyttoanalys (KNA) 4.1 Inledning I detta kapitel beskrivs den framtagna KNA-modellens olika steg. För varje steg ges korta exempel på modellens tillämpning. KNA-modellen omfattar 8 steg: 1. Hydrologisk modellering av översvämningsscenarier för olika återkomsttider (exempelvis 10, 50 och 100 år) 2. Ekonomisk värdering av översvämningarnas konsekvenser (skadekostnader): Direkta Efterbehandling Bestående 3. Beräkning av riskkostnad som en funktion av återkomsttider och skadekostnader 4. Identifiering av åtgärdsalternativ 5. Kostnadsuppskattning av åtgärder 6. Hydrologisk modellering och beräkning av minskad riskkostnad för varje åtgärdsalternativ 7. Kostnads-nyttoanalys och beräkning av samhällsekonomisk lönsamhet 8. Rangordning och identifiering av mest lönsamma alternativ Vart och ett av dessa steg beskrivs i separata avsnitt nedan. Som hjälpmedel för genomförandet av KNA av översvämningsåtgärder har ett Excel-baserat beräkningsverktyg tagits fram. Tillämpning av verktyget inom Karlstads kommun illustreras med två fallstudier i Skåre-området och vid Centralsjukhuset, vilka kort redovisas i kapitel 7 och mer utförligt i bilaga 3 och 4. Många indata och underlagsinformation som används i kostnads-nyttoberäkningarna är förknippade med osäkerheter. För att beakta dessa osäkerheter och på ett tydligt sätt beakta dessa vid utvärdering av beräkningarnas resultat används en metodik för osäkerhetsanalys baserad på statistisk simulering. Utifrån osäkerheterna i indata beräknas vilken osäkerhet detta leder till i beräkningen av den samhällsekonomiska lönsamheten. Metodiken för osäkerhetsanalys beskrivs vidare i avsnitt

25 4.2 Steg 1: Modellering av Översvämningsscenarier Frågeställning: Vad är ett översvämningsscenario? En vattennivå med en specifik återkomsttid och utbredningen av denna nivå. Det finns generellt två huvudsakliga orsaker till att översvämningar inträffar. Den ena är en direkt bräddning av ytvatten från vattendraget, sjön eller havet med översvämning av markområden. Den andra orsaken är fyllning av dagvattenledningar till följd av höga nivåer i vattendrag eller till följd av kraftiga regn. I kombinerade system (d.v.s. kombinerade spilloch dagvattenledningar) kan detta leda till att vattenmängderna i ledningarna blir så stora att de medför källaröversvämningar. Detta innebär således att fastigheter som ligger utanför det område som översvämmas till följd av bräddning av ytvatten kan drabbas genom inflöde från spillvattenledningar. För att kunna beräkna en riskkostnad som en funktion av översväm-ningarnas sannolikhet och dess konsekvenser (skadekostnader) måste översvämningars utbredningar analyseras. Här används modellberäkningar av vattennivåer utifrån olika flödessituationer och nivåer i sjöar och hav, där så är tillämpligt. För varje kombination av flöde och nivå kan en återkomsttid och därmed en sannolikhet för översvämning av en viss omfattning beräknas. Den specifika vattennivån med tillhörande återkomsttid och utbredningen av denna nivå benämns översvämningsscenario. Nivåberäkningar för olika återkomsttider kan utföras med hjälp av hydrodynamisk modellering, se avsnitt 6.1. Utbredningen av varje specifik nivå analyseras med geografiskt informationssystem (GIS). I GIS-analysen identifieras också de olika skadeobjekt (t.ex. byggnader) som kan påverkas vid den specifika vattennivån. En fältkontroll av potentiella skadeobjekt bör alltid genomföras som ett komplement till den befintliga underlagsinformationen. Erfarenheten säger att fältkontroller ger mycket värdefull information som bidrar till att minska osäkerheterna i skadekostnadsbedömningarna. För att beräkna en riskkostnad behöver flera översvämningsscenarier analyseras, se avsnitt 4.4. För att åstadkomma en relevant beräkning av riskkostnaden föreslås att minst tre översvämningsscenarier används vid riskberäkningarna. I Figur 5 redovisas ett exempel från modellering av översvämningsscenarier i Skåre-området. 13

26 Figur 5. Utbredningskarta för 100-årshändelse i Skåre-området. 4.3 Steg 2: Ekonomisk värdering av översvämningarnas konsekvenser Frågeställning: Vilka är skadekostnaderna vid en översvämning? Skadekostnaderna till följd av en översvämning delas in i direkta kostnader, kostnader för återställning samt kostnader för långvariga och bestående skador. Som hjälpmedel för värdering av skadekostnader har en grundmatris utvecklats över skadekostnadsposter, se Tabell 1. Kostnaderna för skador som orsakas av en översvämning kan delas upp i tre huvudtyper: Direkta Kostnader som uppkommer för att upprätthålla samhällsfunktioner samt åtgärder som vidtas direkt i anslutning till översvämningen för att begränsa skadorna. 14

27 Efterbehandling Kostnader som uppkommer efter en översvämning för att reparera, återställa eller ersätta skadade byggnader, infrastruktur, naturområden m.m. till tidigare funktion. Långvariga och bestående Skador som är irreparabla eller långvariga som vissa skador på naturområden, vattentäkter eller förhindrad exploatering för att området är ligger i ett översvämningsområde. Dödsfall är också en kategori som ingår här. Tabell 1 ska ses som en sammanställning över möjliga skadekostnads-poster. I ett specifikt fall är vanligen flera av dessa, men sällan samtliga, relevanta. Efterbehandling är normalt den skadekostnadstyp som orsakar störst kvantifierbara kostnader, följt av direkta åtgärder. Långvariga och bestående skador är svåra att både identifiera och värdera. Detta minskar dock inte deras betydelse och ett försök bör alltid göras att identifiera och så långt möjligt värdera bestående skadekostnader. För vissa skadeobjekt har schablonkostnader beräknats utifrån tillgängliga data, exempelvis från försäkringsbolag och erfarenhetsmässiga bedömningar inom Sweco. Dessa schabloner redovisas i det framtagna Excel-verktyget och i Bilaga 2. I de fall schablonvärden beräknats kan en total förväntad skadekostnad för den specifika skadekategorin beräknas genom att multiplicera antalet identifierade objekt med schablonkostanden. Antalet objekt av olika typer inom ett översvämningsområde beräknas exempelvis genom GIS-analys. I Figur 6 redovisas ett exempel på identifiering med hjälp av GIS-analys av fastighetsdata av en viss skadekategori inom Skåre-området i Karlstad. Den totala kostnaden beräknas genom en summering av alla objekt och dess kostnader. För skadekategorier där inga schablonkostnader beräknats måste kostnaderna skattas specifikt för de objekt som påträffas. I det framtagna Excel-verktyget finns möjlighet att. För såväl antalet objekt som kostnadsuppskattningarna per objekt finns vanligen osäkerheter. Skadekostnaderna representeras därför normalt med osäkerhetsfördelningar, vilka möjliggör den osäkerhetsanalys som beskrivs översiktligt i avsnitt I Tabell 2 presenteras ett exempel på skadekostandsbedömning för Skåre-området. 15

28 Tabell 1. Grundmatris för bedömning av skadekostnader. DIREKTA AKUTA ÅTGÄRDER INTÄKTSFÖRLUSTER Avbrott i produktion (tillverkningsindustri) Avbrott i försäljning (varor & tjänster) Förlorad inkomst (privatpersoner) EFTERBEHANDLING LÅNGVARIGA OCH BESTÅENDE BOSTADSHUS Småhus (villor och radhus) Flerfamiljshus KONTORS-, HANDELS- & INDUSTRIBYGGNADER Kontorsbyggnader Restriktioner i markanvändning Dödsfall och andra fysiska skador Psykiska skador ÖVRIGT TRAFIKFÖRSENINGAR Vägtrafik -person Järnvägstrafik -person Vägtrafik -gods Järnvägstrafik -gods AVBROTT TEKNISKA FÖRSÖRJNINGSSYSTEM/ INFRASTRUKTUR Reningsverk Vattenverk Ersättning avbrott vattenlev. Ersättning för elavbrott SKADOR MILJÖ/JORD -/SKOGSBRUK Läckage förorenade områden Skogsskador Jordbruksmarkskador Vattentäkt ÖVRIGT Handelsbyggnader Industribyggnader OFFENTLIGA BYGGNADER Samhällskritiska byggnader (ex. brandstation, polis, vårdcentral och sjukhus), "Samhällsviktiga" byggnader (ex skola, vårdhem,dagis, bibliotek) ÖVRIGA BYGGNADER Komplementbyggnader ex. garage eller förråd Kulturhistoriska byggnader Evenemangsbyggnader SKADOR INFRASTRUKTUR Väg (m 2 ) Järnväg (m) Dagvattenledningar (m) Fjärrvärmeledningar (m) Transformatorstationer Elledningar (m) ÖVRIGT 16

29 Figur 6. Industribyggnader (röd markering) i Skåre-området som kommer att översvämmas av 100-årsflöden i Klarälven. 17

30 Tabell 2. Exempel på skadekostnadsbedömning från Skåre-området i Karlstad. I exemplet visas värdering av skadekostnader för direkta effekter av en översvämning med 10 års återkomsttid. I fält med gul färg anges indata. I fält med grön färg visas förväntat antal objekt samt förväntade skadekostnader för respektive kategori. P05 och P95 representerar ett rimligt lägsta (5:e percentilen) respektive ett rimligt högsta (95:e percentilen) i angivelsen av indatas osäkerhet (se vidare avsnitt 4.10) Direkta Min Max Nollalternativ Inga åtgärder Antal Schablonkostnad (kr) 10 -årsöversvämning Objekt Andel skadade P05 (kr) P95 (kr) Förväntad kostnad (kr) Schablonkostnad (kr) skadade kostnad (kr) Andel Förväntad Min Max Antal P05 (kr) P95 (kr) AKUTA ÅTGÄRDER INTÄKTSFÖRLUSTER Avbrott i produktion (tillverkningsindustri) , Utebliven försäljning (varor & tjänster) , Förlorad inkomst (privatpersoner) TRAFIKFÖRSENINGAR Vägtrafik -person Järnvägstrafik -person Vägtrafik -gods Järnvägstrafik -gods Trafikförseningar totalt AVBROTT TEKNISK INFRASTRUKTUR Reningsverk Vattenverk Ersättning avbrott vattenlev Ersättning för elavbrott SKADOR MILJÖ/JORD- /SKOGSBRUK Läckage Förorenade områden Skogsskador , Jordbruksskador , Vattentäkt ÖVRIGT STEG 3: Beräkning av riskkostnaden innan åtgärd Frågeställning: Hur beräknas riskkostnaden för översvämning? Riskkostnaden beräknas genom att sannolikheten för några (minst tre) översvämningsscenarier vägs samman med de ekonomiska konsekvenserna (skadekostnaderna) för dessa scenarier. Hur stora skadekostnaderna blir beror på översvämningarnas utbredning. Olika utbredningar uppstår med olika sannolikhet. För att kunna beräkna en total riskkostnad måste därför en summering göras över alla översvämningsscenarier som är möjliga. Risken kan i ett ekonomiskt perspektiv definieras som: R= P f C f (ekvation 2) där P f är sannolikheten för översvämning och C f är skadekostnaderna till följd av översvämning (kr). Risken är således väntevärdet för skadekostnaden. 18

31 Olika översvämningsscenarier och därmed olika skadekostnader uppstår med olika sannolikhet. Detta kräver en summering över alla möjliga utfall för att en total risk R tot för området eller platsen ska kunna beräknas. Den totala risken kan beskrivas enligt Figur 7. Översvämningsscenarier P f R tot C f Figur 7. Principiell beskrivning av den totala risken, vilket svarar mot den totala ytan i grafen. Skadekostnaderna är beroende på hur omfattande översvämningens utbredning är. Beräkningar av ett större antal möjliga utfall är därför inte praktiskt möjligt att utföra eftersom varje beräkning av ett översvämningstillfälles utbredning kräver omfattande hydrologiskt modelleringsarbete, se kapitel 6. Detta innebär därmed att inte heller någon exakt beräkning av R tot är praktiskt möjlig. Ett förenklat sätt att beräkna den totala risken är, så som indikeras i Figur 7 och mer specifikt i Figur 8, att beräkna risken för några få möjliga utfall (översvämningsscenarier) och utifrån detta approximativt skatta den totala risken. Ofta är endast ett fåtal utfall praktiskt möjliga att använda. Vid tre riskberäkningar (översvämningsscenarier) kan den totala risken beräknas enligt följande: R tot = P C + P C C ) + P ( C C ) (ekvation 3) f 1 f 1 f 2( f 2 f 1 f 3 f 3 f 2 Detta beräkningssätt ger normalt en underskattning av den verkliga risken i de fall endast ett fåtal utfall kan inkluderas i beräkningarna. Tabell 3 ger en sammanställning över parametrarna i en riskberäkning med tre översvämningsscenarier med 10, 50 och 100 års återkomsttid. Den generella formeln för att beräkna den totala risken baserat på n översvämningsscenarier kan beskrivas som: n R = P C + P ( C C ) (ekvation 4) tot f 1 f 1 fi fi f ( i 1) i= 2 för översvämningsscenarier i = 1. 19

32 Översvämningsscenarier P f R tot C f Figur 8 Principiell beskrivning av den totala risken baserat på tre översvämningsscenarier. Tabell 3. Parametrar i riskberäkning. Återkomsttid P f C f 10 år P f1 = 1/10 50 år P f2 = 1/ år P f3 = 1/100 C f1 = Kostnad för åtgärder och skador av 10-årsnivån C f2 = Kostnad för åtgärder och skador av 50-årsnivå C f3 = Kostnad för åtgärder och skador av 100-årsnivå Bedömning av skadekostnader har beskrivits ovan i avsnitt 4.3. I Tabell 4 och Figur 9 presenteras ett exempel på resultaten från riskkostnadsberäkningen för Skåre-området i Karlstad. I figuren redovisas också riskkostnadernas osäkerhet, se vidare avsnitt Riskkostnaden har diskonterats över en 100-årsperiod. Fel! Inget bokmärkesnamn angivet.i figuren redovisas även riskkostnaden för de två studerade åtgärdsalternativen, se avsnitt 4.7. Tabell 4. Riskkostnad för nollalternativet under en 100-årsperiod med olika diskonteringsräntor. Riskkostnad (Mkr) Diskonteringsränta Förväntat värde (medel) 5-percentil 95-percentil 2 % 100,7 89,7 114,5 4 % 57,3 51,0 64,9 20

33 Figur 9. Den beräknade riskkostnaden för nollalternativet (d.v.s. ingen åtgärd) samt den kvarvarande riskkostnaden efter genomförande av de olika åtgärdsalternativen. Diagrammet visar den beräknade riskkostnaden under 100 år med diskonterings-räntan 2 %. Stapeln i mitten visar ett förväntat utfall (väntevärde), 5-percentilstapeln (till vänster) visar ett rimligt lägsta utfall och 95-percentilstapeln (till höger) visar ett rimligt högsta utfall. 4.5 STEG 4: Identifiering av Åtgärdsalternativ Identifieringen av möjliga åtgärdsalternativ sker med hänsyn till de specifika förutsättningarna i det aktuella fallet. För att minska riskerna kan såväl skadeförebyggande (sannolikhetsreducerande) som skadebegränsande (konsekvensreducerande) åtgärder genomföras, liksom kombinationer av dessa båda typer, se avsnitt Åtgärderna kan också vara av typen temporära, permanenta eller semipermanenta. Exempel på åtgärder är invallningar samt yttre och inre skydd invid byggnader. Också olika typer av dammkonstruktioner, prognosstyrning av magasinering i avrinningsområden och larmsystem är exempel på åtgärdslösningar. Även förändrad markanvändning och hänsyn till översvämningsrisker i kommunal planering är åtgärder som kan övervägas. Vid identifieringen av möjliga åtgärder fokuseras ofta på åtgärder som ger skydd för samhällsviktiga funktioner. Det är dock viktigt att beakta att också störningar på andra verksamheter kan orsaka mycket långtgående konsekvenser och motivera omfattande skyddsinsatser. Exempel på sådana verksamheter är industrier, handelsverksamhet, idrottsanläggningar och rekreationsområden. Översvämningsskydden planeras ofta så att de senare kan byggas på till en högre nivå. Vid åtgärdsanalysen är det viktigt att marknivåer och markförhållanden i övrigt (stabilitet, grundvattenförhållanden, bärighet, etc.) noga beaktas. Laserskannade ytor ger ett mycket bra underlag för att kunna utvärdera åtgärdernas funktionalitet i detalj. 21

34 Säkerställandet av dagvattenhantering och avloppsvattenavledning, inklusive risken för utsläpp av bräddavloppsvatten, måste beaktas vid utformningen av åtgärderna. Åtgärdsalternativen måste beskrivas i en sådan detalj att en relevant kostnadsuppskattning kan utföras. Detta innebär att en enkel projektering av åtgärderna är lämplig att utföra. Precisionen i kostnadsuppskattningen är starkt beroende av hur noga åtgärdsbeskrivningen utförs. 4.6 Steg 5: Kostnadsuppskattning av åtgärder. För varje åtgärd utförs en kostnadsbedömning. Åtgärdskostnaderna kan, som ovan beskrivits, delas in i följande huvudtyper: Investeringskostnader för åtgärdens utförande Driftskostnader Underhållskostnader Kostnader för återinvestering, för att ersätta delar av eller hela anläggningen efter en viss livslängd Övriga kostnader, exempelvis kostnader för restriktioner i markanvändning till följd av åtgärden I åtgärdsanalysen identifieras samtliga kostnader som kan uppstå under den valda tidshorisonten. Dessutom analyseras när de olika kostnaderna kan uppstå, detta för att möjliggöra en korrekt nuvärdesberäkning. Utförandekostnaderna är i regel direkta kostnader i samband med att åtgärden utförs, medan drift- och underhållskostnader kommer att belasta projektet under den tidshorisont som beslutsfattandet berör. I Excel-verktyget för KNAberäkning har ovanstående kostnadsposter inkluderats. Ett exempel på åtgärdskostnadsanalys ges i Bilaga 3. I rapporten Översvämningsutredning Skåre (Sweco, 2010) identifierades permanenta översvämningsskydd i form av vallar som lämpliga skadeförebyggande åtgärder för Skåre-området. Här beskrivs också mera ingående hur kostnaderna för de olika vallarna gjordes. En beräkning av investeringskostnaden för permanenta översvämningsskydd gjordes enligt á-prislistan i Tabell 5 och utifrån kända förutsättningar. I Tabell 6 redovisas de resulterande investeringskostnaderna för de två åtgärdsalternativen och ett referensexempel (200-årsflöde i Klarälven). Tabell 5. Kostnadsberäkning för ett översvämningsskydd som bedöms skydda Skåreområdet från nivåer upptill 200-årsnivån. Skyddsåtgärder i Skåre Enhet Mängd à-pris Summa Landskapsanpassade inströmningsskydd upp till + 49,0 m kr kr Pumpstation med bakvattenlucka st kr kr Bakvattenstopp avlopp st kr kr Vattenluckor st kr kr Skyddsåtgärder för avloppreningsverk st kr kr Övriga avledningsåtgärder st kr kr kr 22

35 Tabell 6. Investeringskostnader för olika alternativ Scenario Nivå (RH00 Karlstad) Längd på inströmningsskydd Kostnad enl á- pris i Tabell 5 Kommentar 50-årsflöde + 48, m Ingår i fallstudie 100-årsflöde + 48, m Ingår i fallstudie 200-årsflöde + 49, m Ingår ej i fallstudien Förutom investeringskostnaden uppskattas också drift-, underhålls och reinvesteringskostnader. I Tabell 7 visas en sammanställning av samtliga kostnader för en av de studerade vallkonstruktionerna inom Skåre-området. En detaljerad redovisning av dessa kostnader ges i Bilaga 3. Kostnaderna har diskonterats till nuvärde över tidshorisonten 100 år och med diskonteringsräntan 2 %. Tabell 7. Sammanställning av investerings-, drifts-, underhålls och återinvesteringskostnader för vallar med skydd upp till 50-årsnivån i Klarälven vid Skåre-området. Alternativ 1 Vallar skydd upptill 50-årsöversvämningsnivån Nuvärde med osäkerhet Totalt Nuvärde Nuvärde: Investeringar och återinvesteringar Nuvärde: Driftskostnader Kostnadsosäkerhet Min (%) Max (%) Osäkerhet i investeringar och återinvesteringar 99,9 100,1 Osäkerhet i driftskostnader 99,9 100,1 Felfrekvens för att åtgärden ej fungerar: Fel 1 gång på X år Min (år) Max (år) P - Fel Alternativ 1 vid 10-årsöversvämning 0,00E P - Fel Alternativ 1 vid 50-årsöversvämning 0,00E P - Fel Alternativ 1 vid 100-årsöversvämning 0,00E Steg 6: Beräkning av riskkostnad för respektive åtgärd Effekterna av de identifierade åtgärdsalternativen undersöks genom att utföra den hydrodynamiska modelleringen med hänsyn taget till åtgärdsalternativen. För Skåre-exemplet innebar de olika åtgärderna framförallt vallkonstruktioner. Dessa beskrevs i den upprättade hydrodynamiska modellen, varvid de utbredningsområden som kan förväntas för olika återkomsttider efter utförande av åtgärderna kunde modelleras. I Figur 10 visas den förväntade effekten av ett översvämningsskydd i samband med ett 100- årsflöde i Klarälven. 23

36 Figur 10. I kartan visar den förväntade effekten av ett översvämningsskydd vid ett 100-årsflöde. Utifrån de nya modelleringarna söks på nytt antalet skadade objekt ut och riskkostnaden efter genomförande av respektive åtgärd beräknas. I Tabell 8 samt Figur 11 visas de beräknade riskkostnaderna under en 100-årsperiod för nollalternativet och de olika åtgärdsalternativen för Skåre-exemplet. I tabellen och figurerna redovisas också beräkningarnas osäkerhet, se vidare avsnitt Tabell 8. Riskkostnader för nollalternativet och åtgärdsalternativen under en 100-årsperiod med olika diskonteringsräntor. Diskonteringsränta Riskkostnad (Mkr) (5-percentil Väntevärde 95-percentil) Nollalternativ Alternativ 1 Alternativ 2 2 % 89,7 100,7 114,5 35,2 40,1 46,4 5,5 8,6 12,9 4 % 51,0 57,3 64,9 20,1 22,8 26,3 3,1 4,9 7,4 24

37 Figur 11. Den beräknade riskkostnaden för nollalternativet samt den kvarvarande riskkostnaden efter genomförande av de olika åtgärdsalternativen. Diagrammet visar den beräknade riskkostnaden under 100 år med diskonteringsräntan 2 %. Stapeln i mitten visar ett förväntat utfall (väntevärde), 5-percentilstapeln (till vänster) visar ett rimligt lägsta utfall och 95-percentilstapeln (till höger) visar ett rimligt högsta utfall. 4.8 Steg 7: Kostnads-nyttoberäkning Syftet med kostnads-nyttoanalysen är att studera hur risken förändras (minskar) genom olika åtgärder och sedan väga det mot kostnaden för åtgärderna. Kostnaderna omfattar utförande-, drifts- och underhållskostnader. Utförandekostnaderna är i regel direkta kostnader i samband med utförandet, medan drifts- och underhållskostnader kommer att belasta projektet under den tidshorisont som beslutsfattandet berör. I åtgärdsanalysen identifieras möjliga åtgärdsalternativ. För varje alternativ beräknas nya risknivåer enligt den parameteruppsättning som beskrivs i Tabell 3. Sannolikheterna för de olika översvämningarna kommer inte att ändras eftersom samma återkomsttider används. Däremot kommer skadornas omfattning, och därmed dess kostnader, att ändras till följd av åtgärderna. Skattningen av konsekvenskostnader görs för varje identifierat åtgärdsalternativ i = 1,,n. Detta innebär att en ny total risk skattas för varje åtgärdsalternativ i (R tot,i ). En s.k. målfunktion beräknas för varje åtgärdsalternativ enligt följande ekvation: Φ i T 1 = [( R t t= 1 (1 + r) tot,0 ( t) R tot, i ( t)) K ( t)] i (ekvation 5) där r är diskonteringsräntan, T är tidshorisonten för beslutsfattaren och K är genomförandeoch underhållskostanden för åtgärden. De ekonomiska posterna bedöms således för varje år t inom den tidshorisonten och summeras till ett nuvärde för målfunktionen. De alternativ där 25

38 målfunktionen är positiv indikerar samhällsekonomisk lönsamhet. Det alternativ som maximerar målfunktionen är det bästa alternativet ur ett samhällsekonomiskt perspektiv. Diskonteringsräntan sätts normalt under marknadsräntan för miljörelaterade projekt. För närvarande rekommenderar Naturvårdsverket (2003) en diskonteringsränta för ekonomiska miljöberäkningar på 4 %. Lägre räntesatser kan dock vara motiverade, se avsnitt I studier av översvämningsåtgärder bör det i de flest fall vara rimligt att betrakta en lång tidshorisont. Nuvärdesberäkningen kan göras med det framtagna Excel-verktyget. Användaren anger tidshorisont och diskonteringsräntesats för beräkningarna. Därefter gör beräkningsprogrammet en nuvärdesberäkning för samtliga (maximalt 3) åtgärdsalternativ som studeras. Resultaten från kostnads-nyttoanalysen visar om alternativen (givet begränsningarna i dataunderlaget och i de beräkningsmetoder som använts) uppvisar samhällsekonomisk lönsamhet eller inte. Resultaten visar också vilket alternativ som är mest lönsamt. I Figur 12 redovisas riskreduktionen (nyttan) för de olika åtgärdsalternativen som analyserats för Skåre-området. Nyttoberäknignarna används sedan i nuvärdesberäkningen av den samhällsekonomiska lönsamheten enligt ekvation 4. I Figur 13 och Figur 14 visas exempel på nuvärdesberäkningar för de två studerade åtgärdsalternativen i Skåre-området. I exemplet från Skåre framgår att båda åtgärdsalternativen tycks vara samhällsekonomiskt lönsamma. Alternativ 2 (med vallar som skyddar mot nivåer upp till 100-årsnivån) framstår med tydlighet som det mest lönsamma alternativet. Figur 12. Förväntad nytta (riskreduktion) för de studerade åtgärdsalternativen. Stapeln i mitten visar ett förväntat utfall (väntevärde), 5-percentilstapeln (till vänster) visar ett rimligt lägsta utfall och 95-percentilstapeln (till höger) visar ett rimligt högsta utfall. 26

39 Figur 13. Utfall av kostnads-nyttoanalysen i miljoner kronor med 2 % diskonteringsränta och med hänsyn till osäkerheter. Stapeln i mitten visar ett förväntat utfall (väntevärde), 5-percentilstapeln (till vänster) visar ett rimligt lägsta utfall och 95-percentilstapeln (till höger) visar ett rimligt högsta utfall. Figur 14. Utfall av kostnads-nyttoanalysen i miljoner kronor med 4 % diskonteringsränta och med hänsyn till osäkerheter. Stapeln i mitten visar ett förväntat utfall (väntevärde), 5-percentilstapeln (till vänster) visar ett rimligt lägsta utfall och 95-percentilstapeln (till höger) visar ett rimligt högsta utfall. 4.9 Steg 8: Rangordning av åtgärdsalternativ Det framtagna Excel-verktyget möjliggör även en beräkning av vilket av de alternativ som undersöks som är bäst samt i hur stor andel av utfallen (baserat på statistisk simulering, se avsnitt 4.10) som åtgärden ger ett positivt resultat. Ett exempel på detta ges i Figur 15 där det tredje alternativet är det mest lönsamma med en sannolikhet på ca 70 %. 27

40 Figur 15. Beräkning av sannolikheter att respektive av de studerade åtgärdsalternativen är bäst, d.v.s. är mest samhällsekonomiskt lönsamt Osäkerhets- och känslighetsanalys Kostnads-nyttoanalysen är förknippad med osäkerheter. Såväl skattningarna av riskerna som bedömningarna av åtgärdskostnaderna måste göras utan fullständig kunskap om de verkliga utfallen. Osäkerheterna för varje variabel (risk eller kostnadspost) i beräkningen kan beskrivas med hjälp av statistiska osäkerhetsfördelningar. Genom statistisk simulering (Monte Carlo) kan en osäkerhetsfördelning också för den sökta storheten, exempelvis objektfunktionen, skattas (se principiell beskrivning i Figur 16). Det framtagna Excel-verktyget möjliggör osäkerhetsanalys genom Monte Carlo simulering. För att kunna genomföra osäkerhetsanalysen måste användaren utnyttja tilläggsprogrammet Crystal Ball som är en tilläggsmodul till Excel för osäkerhetsanalys och statistisk simulering i form av s.k. Monte Carlo simulering. Programmet tillhandahålls av Oracle. Variabel 1 Variabel 2 Simulering Figur 16. Principiell beskrivning av statistisk simulering. 28